Giải Nobel Hóa học vinh danh pin làm thay đổi thế giới

Từ trái qua phải:John Goodenough, Stanley Whittingham và Akira Yoshino.

Cả ba nhà khoa học đều đóng góp cho cuộc cách mạng về các tấm pin lưu trữ điện năng trọng lượng nhẹ và có thể xạc được mà ngày nay các điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay vẫn sử dụng và góp phần đem lại cơ hội có được “một xã hội không dùng nhiên liệu hóa thạch”, Ủy ban Nobel Hóa học cho biết như vậy.

Cả ba nhà nghiên cứu sẽ cùng chia sẻ giải thưởng trị giá 9 triệu kronor (tương đương 910.000 USD).

Goodenough, một nhà vật lý chất đậm đặc tại trường đại học Texas tại Austin ở tuổi 97, đã trở thành người đoạt giải Nobel lớn tuổi nhất lịch sử - Ủy ban giải thưởng tiết lộ là không thể gọi được cho ông vào thời điểm loan báo về giải thưởng.

Nếu Yoshino, một nhà hóa học tại trường đại học Meijo ở Nagoya, Nhật Bản bộc lộ cảm xúc “Thật đáng ngạc nhiên! Thật đáng kinh ngạc!” thì Saiful Islam, một nhà hóa học vật liệu tại trường đại học Bath, Anh cho rằng “Theo quan điểm của tôi, lẽ ra phải trao giải thưởng này sớm hơn. Thật thú vị khi thấy lĩnh vực quan trọng của hóa vật liệu cuối cùng đã được ghi nhận. Vì chúng ta đã biết rằng, các loại pin này đã đem lại một cuộc cách mạng về thiết bị cầm tay. Mọi người đều có thể đọc tin về giải Nobel trên một thiết bị được cung cấp điện năng bằng một tấm pin lithium-ion,” ông nói.

Một thế giới có thể xạc

Trong một pin lithium-ion, các ion lithium chuyển động từ điện cực âm (anode) đến điện cực dương (cathode) thông qua một chất điện phân trong khi pin phóng điện, sau đó được nạp đầy điện.

Khi đang làm việc tại công ty dầu mỏ Exxon vào những năm 1970, Whittingham, hiện làm việc tại trường đại học New York tại Binghamton, đã đề xuất ý tưởng các pin lithium có thể xạc được và phát triển một mẫu thử sử dụng điện cực âm bằng kim loại lithium và điện cực dương bằng titanium disulfide. Pin này có một mật độ điện năng cao và sự khuếch tán của các ion lithium vào điện cực dương có thể đảo ngược, khiến cho pin có thể xạc được. Tuy nhiên chi phí sản xuất rất cao và những lo ngại về an toàn khiến công nghệ này không thể được thương mại hóa ngay.

Vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, Goodenough phát triển pin có thể xạc với các cực dương được làm từ những ô xít xếp lớp có khả năng lưu trữ điện năng với các ion lithium. Sáng kiến mới này giúp cải tiến mật độ lưu trữ điện năng ở mức cực lớn và ô xít lithium cobalt vẫn là vật liệu cho cực dương của pin lithium-ion.

Vào những năm 1980, Yoshino đã tạo ra những thay đổi các vật liệu làm tăng cường độ an toàn và cho phép thương mại hóa các tấm pin một cách đáng kể. Thiết kế mang tính tiên phong của ông trong việc sử dụng vật liệu giàu carbon cho điện cực âm trong đó các ion lithium được đặt vào. “Tôi bắt đầu công việc vào năm 1981, và phát minh pin lithium-ion này vào năm 1985,” Yoshino nói qua điện thoại.

Tương lai bền vững

Các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang thực hiện nhiều thực nghiệm với nhiều loại công nghệ có thể thay thế các tấm pin lithium-ion, như thúc đẩy các phát triển khiến các tấm pin hiện tại trở nên an toàn hơn, “xanh” hơn hoặc bền hơn. Nhưng thiết kế cơ bản của những tấm pin hiện nay vẫn chiếm ưu thế cho tương lai có thể đoán được – dẫu là các loại xe điện hay các thiết bị lưu trữ điện năng ở quy mô lớn – có thể đóng vai trò cốt lõi trong nền kinh tế giải carbon, Clare Grey, một nhà hóa vật liệu tại trường đại học Cambridge, Anh, nói. “Nó đã sẵn sàng trong một thời gian dài nghiên cứu.”

Ủy ban giải thưởng Nobel nhấn mạnh đến vai trò mà các tấm pin sẽ có trong việc tạo ra một tương lai bền vững hơn khi các quốc gia đang cố gắng thúc đẩy ngừng sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Pin được sử dụng để lưu trữ điện năng như điện gió và điện mặt trời.

Goodenough là một “người khổng lồ về trí tuệ” trong lĩnh vực vật liệu với những đóng góp cơ bản vượt ngoài công nghệ pin

“Tôi chúc mừng Ủy ban Nobel bởi đã ghi nhận rằng nó đóng vai trò quan trọng trong thực tế như thế nào”, Donald Sadoway, một nhà hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, nói. “Công việc do ba nhà khoa học đó tạo ra thật quan trọng bởi nó giúp những điều cơ bản như công nghệ điện năng có thể phát huy vai trò trong một tương lai của môi trường phi carbon.”

Olof Ramström, một nhà hóa học tại trường đại học Massachusetts Lowell và tham gia Ủy ban giải thưởng Nobel hóa học đã nhấn mạnh rằng giải thưởng năm nay thực sự là một nỗ lực liên ngành. “Nó bao gồm nhiều nhánh của hóa học và nó kết nối với vật lý và kỹ thuật,” ông đã nói như vậy trong lễ thông báo giải thưởng. “Đây là một ví dụ tốt cho thấy khi tất cả các lĩnh vực có thể đến cùng nhau và đem lại một sản phẩm nghiên cứu có tác động cao một cách đáng kể.”

Grey, người từng hợp tác với Whitthingham, nói có một số lượng lớn những người đã có những đóng góp quan trọng vào phát triển công nghệ pin xạc nhưng Ủy ban đã có một sự lựa chọn hợp lý. Goodenough, về cá nhân, là một “người khổng lồ về trí tuệ” trong lĩnh vực vật liệu với những đóng góp cơ bản vượt ngoài công nghệ pin. “Ông ấy đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về từ tính và giúp chúng ta giải thích sự dẫn điện,” Grey nói.